数模交通工具的安全性分析.doc

交通工具的安全分析摘要：本文针对各种交通工具的安全性分析问题，在综合考虑各因素对交通工具的安全性影响大小的前提下，找出准确的描述个问题的因素，加以分析建立了相应的数学模型。根据交通工具历年的统计资料，我们用求平均人口加权死亡率和层次分析两种模型分别得到安全系数，并得出结论，安全性：飞机汽车火车。然后，我们再用各种交通工具历年的事故次数从宏观方面分析，用模型三求出回归方程，并预测其发展趋势。其次，统计各因素对事故的影响程度，并判断其主要程度；最后，我们将所有模型中各种交通工具的安全性分析、安全性比较，及改善方案写成一篇给政府的调查报告。关键词：人口加权死亡率 事故征候 层次分析 统计回归分析 一、 问题提出因为汽车、火车和飞机的出事故率不同，由于不同的原因，各种事故的伤亡情况也很不相同，而且不同人对交通工具的安全性认识也不尽相同。我们想要了解各种交通工具中哪个最安全呢?因此，我们搜集各种有关交通工具安全事故的的数据，建立合理的数学模型，然后对我国主要的交通工具进行分析；通过搜集的相关数据，根据这些数据资料，得出这些交通工具（汽车、火车、飞机）的安全性比较。并提出以回归分析为基础的方法，分析各种交通事故的发展趋势；然后利用统计的方法进行分析造成各种交通工事故的主要因素，并且提出改善方案，最后根据本文的模型分析、安全性比较和改善方案向有关部门提出一篇调查报告。二、 问题分析本题是一个交通工具的安全性分析问题。安全因素与人（驾驶员、交通参与者）、工具（汽车、列车、飞机等）、设备（道口特性、安全装置、公路几何线形等）、环境（天气、视距、车速等）有关;依据系统工程学原理，确定了各种交通安全性评价的指标体系，采用统计方法确定评价各因素权重，对交通安全的各影响因素进行综合评价，并给出了改善方案；写出调查报告。问题一： 评价交通安全性的方法很多，但是经过下文对安全性评价方法的分析，我们首先采用求人口加权死亡率模型来评价安全性。先用比值求出每年各种交通工具的人口死亡率、人口受伤率，再求出死亡和受伤人数的比例系数，以此确定二元一次函数得出每年各种交通工具的人口加权死亡率，再用平均法得到平均人口加权死亡率，得出比较安全性的系数。然后我们再用层次分析法进行辅助的分析，比较各种交通工具的安全性。问题二： 由于要评价交通事故的发展趋势，就是要事故数的预测分析。对搜集的交通违章分析数据进行分析分别绘制出各种交通事故图形相应函数并带入数据检验其可靠性。分析得出各种事故的发展趋势。问题三： 根据我国各种交通事故的特点分析得出各种交通事故的影响因素再把各种因素归类分析确定其主要因素，并指出改善方案。3、 符号说明=xij： 第i年第j种交通工具事故的人口死亡率（j=1、2.、3分别对应汽车、火车、飞机）；xij： 第i年第j种交通工具事故的人口受伤率；j： 第j种交通工具事故总的死亡人数与总的受伤人数的比例系数；yij： 第i年第j种交通工具事故的人口加权死亡率；yj： n年内第j种交通工具事故的平均人口加权死亡率；f(xj)： 各种交通工具对应的多项式预测方程：各种交通事故的人口加权死亡率之和=四、 基本假设1.没有伤亡事故的不计为事故起数。2. 由于有关水路事故的资料及数据很少，而且根据有关部门的综合报告，可 以分析出水路事故的相关信息，而且多为沿海地区进行的贸易活动有关， 与人们的日常出行相关系数不大，所以我们将其忽略。3. 我们搜集的数据均是国内的，不计国外因素的影响。4. 所计算的交通方式包含：道路、铁路、航空。5. 道路事故中包括所有的车辆（摩托车、卡车、客车、货车等）发生的事故。五、 模型的建立与求解1. 人口加权死亡率的定义1）交通工具的安全性评价方法：我们知道不同的交通工具出事故的事故率、死亡人数和受伤人数不同，并且各种交通工具的客运量、总运行时间和总路程不同，所以现代社会中有许多不同的评价各种交通工具的方法，不同的交通部门也用不同的方法来评价该交通工具的安全性。可是这种单方面评价交通工具安全性的方法是片面的、不具广泛性的，如飞机的安全性评价一般用事故次数除以飞行里程，但是很多人都不满意，因为飞机飞行路程长、出事故少，课事故死亡率极高，不能作为各种交通工具的平均指标。所以有许多人用了各种不同的方法来评价，但是太过繁杂，有的代表性也不是很强，综合考虑了各种因素与各种交通事故的联系，我们用了很具代表性的出事故人数与客运量的比值来求。2）人口加权死亡率的定义：人口加权死亡率是人口死亡率加人口受伤率乘以比例系数j的积的总和。由于各种交通事故中死亡人数和受伤人数差别很大，在评价交通事故安全性时，不能将死亡人数和受伤人数直接相加得伤亡人数，所以，我们把人口死亡率与人口受伤率乘以比例系数j的积相加得到人口加权死亡率，将人口死亡率和人口受伤率有规律地量化并结合到一起，使整个评价更科学、更合理，并且更能反映各种交通工具的安全性。2. 问题一的模型建立与求解2.1 模型一：基于交通工具安全性的平均人口加权死亡率模型2.1.1 模型的建立问题中已给出，要比较不同的交通工具安全性需要从公路、铁路和航空三方面来考虑，将这三个方面分别独立起来，都以相同的求比值的方法分别得出一个值来进行比较。由于死亡人数和受伤人数与客流量的比值分别得到的xij和xij的大小对是交通安全性评价的重要指标，根据本模型的建立思路， xij和xij的值越大，交通安全性越低，呈负相关关系，相应的yij的值也就越大，且与xij和xij服从线性模型。而要将xij和xij联系到一起，要引入j将xij和xij统一化，引入的这个j正好是计算人口加权死亡率yij的一个权数，将xij的权数看成1，而xij的权数则是j 。由此我们可以得到三种交通工具的yij与xij和xij的函数关系，即yij = xij +j xij （1）通过计算得到每年各种交通工具的人口加权死亡率yij，然后，将每种交通工具的yij值求平均得到yj ，即：yj = （2）2.1.2 模型的求解求解这模型，由于要用到简单的求和、比值和平均数，所以用excel软件来计算。将1996年到2005年三种交通工具的死亡人数和受伤人数与客流量相比得到xij和xij的值(附录1，附录2，附录3)，同时，还得到1=0.241428554712335 2=0.405353325918501 3=1.49689441 然后，再通过（1）式计算得到的各yij值，并列成表格（表1），最后再根据（2）式得到三个值 y1、y2、y3 分别为 1.32271e-05 ，1.76073e-05，1.37706e-06 （单位：人/亿人），分别代表汽车、火车、飞机的平均人口加权死亡率，由yj 的值越大则安全性越低，可知安全性：飞机汽车火车表1. 1996年到2005年三种交通工具的人口加权死亡率各种交通工具的人口加权死亡率（人/亿人）时间公路yi1铁路2航空yi319961.03174e-051.8558e-056.5051e-0719979.94217e-062.00469e-051.64075e-0619981.04858e-052.01296e-05019991.2025e-051.88512e-056.20242e-0620001.447e-051.7365e-058.28219e-0720011.69566e-051.61996e-05020021.64905e-051.72424e-053.65336e-0620031.52808e-051.71091e-058.60998e-0820041.37007e-051.59507e-056.11468e-0720051.26025e-051.46206e-059.77586e-082.2 模型二：交通安全性的层次分析模型2.2.1 模型的建立与求解用层次分析法的简单模型建立交通安全性评价模型，以及对安全性模型的稳定性检验。模型的准备： 三种交通工具安全性的指标图三种交通工具的安全性目标层： 公路a1航空a3铁路a2 准则层： 1. 判断矩阵的建立表2：判断矩阵a1a2a3a1131/7a21/311/8a3781(注：公路a1,铁路a2,航空a3)表3：判断矩阵标度及其含义标度含义相同前比后稍微重要前比后明显重要前比后强烈重要前比后极端重要，上述两相邻的中值倒数bji=1/bij2.稳定性检验用1，2，3表示a1，a2，a3 相对目标层的权重。根据正互反矩阵表2得： （1，2，3）=（0.2414，0.0345，0.7241）在提供的三种交通工具的安全性评价模型中的公路、铁路、航空之间的权重，给出参考方案：k：（0.2414，0.0345，0.7241），用matlab算出它的特征根，然后用ci和ri指数对其进行一致性检验，验证此方案通过稳定性检验。所以得出公路、铁路、航空的安全性系数分别为0.2414，0.0345，0.7241，即安全性：飞机汽车火车。3 问题二的模型建立与求解3.1 模型三的建立要预测各种交通事故的发展趋势，即求主体因素各种交通事故的次数的发展趋势。对三种不同交通事故的统计次数绘成散点图如下（图1、图2、图3），图1图2图3根据各图的散点分布状况，确定三图分别符合函数y1=f(x1),y2=f(x2),y3=f(x3)。求解出三个函数后，我们再将预测的年份带进去得出预测值，在与真实值进行比较，进行真实性检验。3.2 模型三的求解首先，根据散点图确定的大致是哪种函数图形，接下来，我用求解线性回归的方法来确定对应的方程，我们运用matlab软件来得出两个函数分别为：y1= -0.3862x6 + 4639.4x5 - 2e+07x4 + 6e+10x3 - 9e+13x2 + 7e+16x - 2e+19r2 = 0.9875 y2=-30.226x6 + 363022x5 - 2e+09x4 + 5e+12x3 - 7e+15x2 + 6e+18x - 2e+21r2 = 0.9836 而航空事故此次数每年都在一定范围增减，且变化范围不大很难给出相关函数但通过图形我们可以知道其在一定时间的发展趋势的变化方向 再通过带入已知的1996年到2008年这几年数据代人回归方程的道预测值，再与真实值对比（如表4）：表 4年份1996199719981999200020012002回归预测值道路2887543043103325314228916059874190677231铁路10324122051113211105120321252612364实际值道路287685304217346129412860616971754919773137铁路10346115621203511045110241222612521年份200320042005200620072008回归预测值道路663210523461440125367561331052265021铁路9983295637286615352634289实际值道路667507517889450254378781327209265204铁路1081095837292613452994295并进行真实性检验，我们得到这y1、y2个方程式可行的。并根据图形的趋势可以预测未来交通事故的发展趋势为：道路事故将在以往的基础上有所减少；铁路事故也将在以往基础上一定所减少；但道路的减少速度要更加快些；而航空事故保持在零事故率的概率很大 。 4 问题三的模型建立与求解4.1对公路事故的主要因素分析及改善意见 通过对事故数据的分类统计，可以对我国道路交通事故的原因和特征有一个初步的认识。1) 事故大体分析 我国19941998年各主要原因所导致的事故死亡人数的平均值如图4所示。从图中可以看出，造成我国道路交通事故的主要原因仍是人的因素，包括机动车驾驶员、非机动车驾驶员、行人及乘车人等，造成死亡的比例约为90；因道路原因造成的死亡占很低的比例，仅为0102；车辆的原因约为6。图4 19941998年事故主要原因死亡人数构成 2)机动车驾驶员人为（主观）原因 机动车驾驶员是引发道路交通事故的主要原因，1998年因机动车驾驶员肇事而造成的人员死亡达57009人，占全年道路交通事故总死亡人数的73，主要肇事原因见表5。表5 1998年机动车驾驶员肇事原因序号肇事原因死亡人数/人占总人数比例/%1超速行驶988512.72忽略大意66078.53措施不当4418.34违章占道行驶46686.05违章超载39515.16不按规定让行24413.17酒后驾车23623.08逆向行驶22802.99违章会车21962.810疲劳驾驶19372.511判断错误14201.8合计4418956.6 3)驾驶员的驾驶技巧 在机动车驾驶员中，非驾驶员最危险。按危险性大小顺序为非驾驶员：非职业驾驶员：职业驾驶员=25：15：1。 4)道路状况 19941998年间的事故次数、事故受伤人数和死亡人数，城市道路和郊区、县公路各占比例分别为1：2、1：3、1：4 （表6）。表6 1994-1998年城市及郊区、县事故分布项目事故次数受伤人数死亡人数区域比例/%城市道路34.59郊区城市道路65.41城市道路25.98郊区道路74.02城市道路21.57郊区道路78.43 5）车辆故障 1998年我国因机动车而引发的事故造成4633人死亡，占总死亡人数的59，其中因制动失效、制动不良、转向失效、灯光失效和其他机械故障原因的比例见表7。在机动车引发的事故中23是因制动系统发生故障。表7 1998年机动车事故原因分布原因制动失效制动不良转向失效灯光失效其他机械故障死亡人数/人所占比例/%105322.7207444.84419.53878.467814.6由以上数据分析可以得出道路交通事故的原因与机动车驾驶员人为（主观）原因、驾驶员的驾驶技巧、道路状况、车辆故障。其中影响因素归为以下四种：道路状况、人（驾驶员、交通参与者）、车辆状况、环境因素；而其中个因素所占比例（见：表8）和道路交通事故个因素的事件次数（如图5）；并由此可得道路事故中人为因素占主要原因、道路状况次之；表 8事故原因公路事故分析道路状况0.0776人（驾驶员、交通参与者）0.8446车辆状况0.0353环境因素0.0425图 54.2对铁路事故的主要因素分析及改善意见1、人为因素：完善的应急医疗体系将大大减少道口事故的伤亡。2、列车因素：制动失效、制动不良、转向失效、灯光失效和其他机械故障3、道路因素：对于道路因素而言，道路状况、道口为主要事故。其中道口事故在铁路事故中占很大的比例；道口安全是铁路运输安全的重要组成部分，铁路道口是任何一条铁路与公路的平面交叉，它是一个涉及多个管理部门（铁路、公路、地方等），由人（驾驶员、交通参与者）、车（机车、汽车等）、设备（道口特性、安全装置、公路几何线形等）、环境（天气、视距、车速等）组成的复杂系统。道口是铁路运输安全生产中的薄弱环节。4、气候因素：自然灾害事故引起的。5、其他因素：列车的运行密度、速度及载重不断提高，铁路运输工具数量也迅速增加，穿越道口的机动车辆越来越多，道口碰撞事故不断发生，这不仅中断铁路运输、严重影响了交通系统的运行，还导致人民生命和财产的损失。 表 9：年份死亡人数受伤人数事故数原因197114221追尾19760181脱轨19781062181相撞198023122爆炸 起火19811332112 泥石流 爆炸19847252吸烟火灾 爆炸19867281爆炸 1987201263火灾 爆炸 爆炸19881754265火灾 刹车 颠覆 相撞 火灾198924803爆炸 爆炸 爆炸19919362追尾 信号错误199215251相撞199340481追尾19948231相撞19971262301相撞19999401脱轨20062181相撞20073341大风2008904252脱轨20094712脱轨有统计资料得出铁路事故因素也分为以上四类：道路状况、人（驾驶员、交通参与者）、车辆状况、环境因素；而其中个因素所占比例（见：表6）和道路交通事故个因素的事件次数（如图10）；并由此可得道路事故中人为因素占主要原因、道路状况次之。表 10事故原因铁路事故分析道路状况0.059人（驾驶员、交通参与者）0.7716车辆状况0.074环境因素0.096 图 64.3 对航空事故主要因素的分析及改善意见对19962005年我国民航发生的32起事故及1 147起事故征候进行统计分析,其结果表明:我国民航事故和事故征候的万架次率及万时率均呈下降态势,机组、机械和机务原因是我国民航事故和事故征候的主要原因,事故征候的主要类型是鸟击、空中停车、偏出/冲出跑道/场外接地,事故征候发生阶段依次为巡航、起飞、着陆、爬升和进近。19962005 年期间共发生32 起事故(死亡482人) , 其中运输飞行事故9起(死亡441人) ,通用飞行事故23 起(死亡41 人) 。从发生事故的绝对数量看,前5年发生21起,后5年发生11起,后5年比前5年下降了47. 6%。如果将飞行量增长考虑进去,安全水平提高明显。从事故类型看,可控飞机撞地19起,占59. 4%;飞机失控8起,占25% (见表11) 。表1119962005年我国民航事故类型统计年度事故类型冲出跑道偏出跑道场外接地可视飞机撞地发动机停车跑道障碍物天气飞机失控空中相撞空中解体或爆炸飞机失火其他合计挂高压线挂树撞山撞地坠水撞其他障碍物1996314199713419981119991236200041162001020022114200311200421142005112合计11169318232从我国民航近十年发生的32起飞行事故原因分析,机组原因居第一位,占56. 25%,机械/机务原因居第二位,占25%,两者合计高达81. 25% (见图7) 图719962005年发生运输飞行事故9起,其中重大以上飞行事故7起;相对于19861995年间发生的16 起运输飞行事故中二等或重大以上事故13起,运输事故总量下降了43. 8%,二等或重大以上事故数量下降了46. 2%。20012005年只发生了3起运输飞行事故(这5年的运输飞行重大以上事故率每百万飞行小时为0. 298) ,事故总量比19962000年下降了50%。事故征候已经具备诱发事故的可能性,能反映民航事故或灾害的征兆以及组织的安全运行状况,及时发现则有利于采取预警和预控对策,防范于未然。19962005年,我国民航共发生1 147 起飞行事故征候,其中运输飞行事故征候1 040 起。从事故征候万时率和万架次率看,近十年总体呈下降趋势,其中19982000年、20022004年下降幅度较大。.图8 19962005年飞行事故征候按飞行阶段统计（图9）从事故征候责任统计看, 19962000年机组原因导致的事故征候明显减少,从1996年的55起减少到2000年的21起; 20012005年机械原因导致的事故征候逐步下降,从39起下降到24起;而2005年地面保障原因导致的事故征候却大幅度上升,高达16起;天气/意外原因导致的事故征候次数一直居多,20012005年平均每年发生32起(见表12)。 19962005年事故征候统计（表12）年份机组机务机械空军航行管制空中交通管制民航航务管理地面保障其他天气等意外原因合计19965543309131181241997395280613640128199847750117027140199935433080903212120002153104130289320012873940302210320022293705141371162003268311132127100200431526020423610620052732405016339116合计33157332145854143061147统计数据表明,近十年我国民航的机组和机务管理卓有成效,但地面保障工作显得薄弱,值得充分重视。分析：对331起机组原因进行细分,并通过调研分析得出其要素；1) 机组操纵不当,其主要表现为基本驾驶术不高,偏差修正能力较弱;2) 违反规章程序飞行,主要表现为机组忽视规章、标准化意识弱、飞行作风松散随意性大,甚至盲目蛮干；3) 决断意识差或对需要决断的相关标准不很清楚,导致决断失误；4) 机组资源管理能力不强,它主要表现在交流、交叉检查、机组配合等方面存在问题；1) 事故和事故征候的万架次率及万时率的下降,说明我国民航近十年安全水平呈逐渐上升态势。2) 机组、机械和机务原因是我国民航事故和事故征候的主要原因,随后是地面保障原因,说明航空公司在保证航空安全中占绝对重要的地位;近十年的机组和机务管理卓有成效,但地面保障值得充分重视。事故征候的主要类型是鸟击、空中停车、偏出/冲出跑道/场外接地,应坚持不懈地抓住主要矛盾。事故征候发生阶段依次为巡航、起飞、着陆、爬升、进近,应加强对巡航阶段的飞行安全管理。5 写给有关政府部门的一篇调查报告尊敬的领导：您好！我们向你举荐一个调查报告，用以判断各种交通事故中各种因素的主次关系，后并根据改善方案降低事故的发生率和避免一些重大事故的发生。据以上分析各种交通事故中各因素对其影响知：道路事故中人为因素占主要因素，而其中酒后驾车、疲劳驾车、违章驾驶（超载、超速）有人为因素的绝大部分，因此主要加大交通管理力度：严查酒后驾车、违章驾驶者和加强驾